Komputery kwantowe są uważane za kluczową siłę napędową przyszłości technologii, ale umieszczenie delikatnych zjawisk kwantowych na chipach i umożliwienie im działania na dużą skalę zawsze stanowiło wyzwanie naukowe. Zespół badawczy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii (UNSW) w Australii dokonał niedawno przełomu: po raz pierwszy umożliwił jądrom atomowym tworzenie splątania kwantowego w chipie krzemowym i umożliwił im „komunikację” z odległości 20 nanometrów, torując drogę do praktycznego zastosowania komputerów kwantowych.
Spis treści
Czym jest splątanie kwantowe?
Splątanie kwantowe przypomina parę bliźniąt zsynchronizowanych: nawet gdy dzieli je duża odległość, działanie jednej osoby może natychmiast wpłynąć na drugą. Zjawisko to pozwala komputerom kwantowym przetwarzać ogromne ilości danych jednocześnie, co czyni je kilkakrotnie szybszymi niż tradycyjne komputery. Jednak uzyskanie splątania jąder atomowych na chipie krzemowym nie jest proste. W przeszłości jądra atomowe musiały dzielić ten sam elektron, aby oddziaływać ze sobą, podobnie jak ludzie w tym samym pomieszczeniu mogą prowadzić jedynie wyraźną rozmowę; gdy pomieszczenie jest pełne, trudno je rozszerzyć.
Przełomowy „telefon elektroniczny”
Innowacja zespołu UNSW polega na tym, że nie opiera się już na współdzielonych elektronach między jądrami atomowymi, lecz wykorzystuje „zdolność dyfuzji” elektronów jako most sygnałowy. Nawet gdy dwa jądra atomowe znajdują się w odległości około 20 nanometrów (co odpowiada jednej tysięcznej szerokości ludzkiego włosa), nadal mogą nawiązać stabilne połączenie za pośrednictwem elektronów. Naukowcy opisują to w następujący sposób: wcześniej jądra atomowe były jak zamknięte w dźwiękoszczelnym pomieszczeniu, zdolne do komunikacji tylko wewnątrz niego; teraz przypominają telefon, umożliwiający komunikację między pomieszczeniami.
Zgodność z istniejącymi procesami produkcji układów scalonych
Odległość 20 nanometrów odpowiada dokładnie skali produkcji współczesnych układów scalonych do komputerów i telefonów komórkowych. Oznacza to, że przyszłe komputery kwantowe będą mogły być produkowane masowo, bezpośrednio z wykorzystaniem istniejącej technologii półprzewodnikowej, bez konieczności przeprojektowywania procesu produkcyjnego. Dla przemysłu półprzewodnikowego znacznie zwiększa to prawdopodobieństwo, że komputery kwantowe przejdą z laboratoriów na rynek. Zespół z UNSW stwierdził, że ta metoda jest stabilna i skalowalna, a w przyszłości możliwe będzie dodanie większej liczby elektronów i jąder atomowych, aby osiągnąć większą skalę obliczeń kwantowych.
Spin jądra atomowego: rdzeń obliczeń kwantowych
Zespół wykorzystał spiny jąder fosforu w płytkach krzemowych do przechowywania informacji kwantowej. Spin jest kluczowym zasobem, dzięki któremu komputery kwantowe mogą prześcignąć tradycyjne komputery. Badania pokazują, że informacja kwantowa może być przechowywana w tych spinach przez ponad 30 sekund, a współczynnik błędu operacji logicznych w układach kwantowych wynosi mniej niż 1%. Dowodzi to, że te spiny jąder atomowych są zarówno stabilne, jak i izolowane, co czyni je idealnymi nośnikami dla komputerów kwantowych.
Jak elektrony stają się mostami sygnałowymi
Chociaż elektrony są drobnymi cząsteczkami, mogą dyfundować w przestrzeni i oddziaływać z wieloma jądrami atomowymi. Naukowcy porównują je do ludzi w dźwiękoszczelnym pomieszczeniu, którzy mogą komunikować się tylko wewnątrz niego; obecnie elektrony działają jak telefony, umożliwiając im komunikację na odległość. Ta metoda przełamuje ograniczenie, że jądra atomowe muszą współdzielić jeden elektron, i jest kluczowa dla osiągnięcia skalowalności krzemowych komputerów kwantowych.
Wyzwania i perspektywy na przyszłość
Nawet po osiągnięciu splątania kwantowego w skali chipa, zbudowanie systemu kwantowego porównywalnego z superkomputerem nadal wymaga setek, a nawet tysięcy stabilnych kubitów. Głównym wyzwaniem pozostaje skalowanie przy jednoczesnym zachowaniu niskiego współczynnika błędów. Jednak niniejsze badania dowodzą możliwości budowy mikroprocesorów kwantowych z wykorzystaniem istniejących procesów półprzewodnikowych, przybliżając tym samym powstanie komputerów kwantowych na dużą skalę.
Wnioski
Przełom na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii (UNSW) stanowi kluczowy krok naprzód w dziedzinie komputerów kwantowych: spiny atomowe mogą się splątać i komunikować ze sobą na poziomie chipa, co otwiera nowe podejście do skalowalnych komputerów kwantowych. Wraz z rozwojem technologii, oczekuje się, że komputery kwantowe w pełni zintegrują się z codziennym życiem, zmieniając sposób wykonywania obliczeń i krajobraz technologiczny.
Źródło:
- „Extensible Entanglement of Nuclear Spin Mediated by Electron Exchange” Holly G. Stemp, Mark R. van Blankenstein, Serwan Asaad, Mateusz T. Mądzik, Benjamin Joecker, Hannes R. Firgau, Arne Laucht, Fay E. Hudson, Andrew S. Dzuoh i Andrew N. J.A. J. Morello, 18 września 2025 r., Nauka.
- “Like Talking on the Telephone” – Quantum Breakthrough Lets Individual Atoms Chat Like Never Before
- Jak bliźniaki w synchronizacji! Jądra atomowe po raz pierwszy z powodzeniem osiągają splątanie kwantowe w krzemowym waflu.
W zakresie szlifowania oferujemy indywidualne dostosowanie. Możemy modyfikować proporcje zgodnie z Twoimi potrzebami, aby osiągnąć najwyższą wydajność.
Zapraszamy do kontaktu, nasi specjaliści odpowiedzą na Twoje pytania.
Jeśli potrzebujesz wyceny, skontaktuj się z nami.
Godziny obsługi klienta: poniedziałek – piątek 09:00-18:00
Numer kontaktowy：07 223 1058
Jeśli masz jakieś pytania, zapraszamy do wysłania wiadomości prywatnej na Facebooku!
Nasza strona na FB：https://www.facebook.com/honwaygroup
Być może zainteresują cię inne artykuły…
[wpb-random-posts]
